JP2009111512A - 頭部装着型機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】機器本体を頭部に確実に保持しつつ、押圧力による不快感を低減させる装着機構を提供する。
【解決手段】機器本体を使用者の頭部に装着して使用する頭部装着型機器は、機器本体を装着者の頭部へ保持するために、装着者の前頭部を押圧する前頭部押圧部と、後頭部を押圧する後頭部押圧部と、両側頭部のそれぞれを押圧する側頭部押圧部と、側頭部と後頭部の間の後頭部側面部を押圧する後頭部側面押圧部とを有し、押圧力発生機構が、後頭部押圧部と後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を生じさせる。ここで、前記頭部装着型機器の装着時において、押圧力発生機構による後頭部押圧部の押圧力よりも押圧力発生機構による前記後頭部側面押圧部の押圧力の方が大きい。
【選択図】図1

Description

本発明は、頭部装着型機器の装着機構に関するものである。
頭部に装着して使用する頭部装着型機器としてヘッドマウントディスプレイ(以下HMDと称する)がよく知られている。HMDは手軽に映像を大画面で見ることが可能であること、立体視が容易であること、観察者と共に移動が可能であることなどから広く用いられている。HMDの装着機構では、前頭部を押圧するための前頭部押圧部と後頭部を押圧するための後頭部押圧部が設けられ、後頭部押圧部を前後に移動させて頭部を押圧したり緩めたりすることによりHMDを着脱可能としたものが一般的である。
また、頭部を押圧した際に生ずる不快感を低減させる目的で、頭部を押圧する押圧部を複数位置に設けたものが提案されている(特許文献1参照)。さらには、頭部全体を覆って装着するヘルメットタイプのものも提案されている(特許文献2参照)。
特開平10−123452号公報 特許第03038988号公報
頭部装着型機器を頭部にしっかり保持するためには、装着者の頭部に加わる押圧力の和を大きくする必要がある。しかし、押圧力の和を大きくできるような機構を設けたとしても、押圧位置によっては、押圧力の増加に伴って不快感が増大してしまう。例えば、前頭部と後頭部の2ヶ所で押圧するタイプにおいては、装着者の調節具合により高い押圧力で締付ける。
しかし押圧部が前頭部と後頭部に1箇所ずつの2箇所であるため、1箇所あたりの押圧力が高くなり装着時に不快感を感じることがあった。また、ヘルメットタイプにおいては、頭部全体を覆うことにより装着者に圧迫感を感じさせたり、押圧に対して敏感な装着者のこめかみ等を押圧したりするため、装着時に不快感を招いていた。さらに従来の技術における装着機構は、押圧位置に関しては規定されているが、押圧位置と押圧力との関係が明示されているものはない。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、頭部への押圧力を大きくしても不快感を感じることなく、機器本体を確実に頭部へ保持可能とすることを目的とする。
上記の目的を達成するための本発明の一態様による頭部装着型機器は、
機器本体を使用者の頭部に装着して使用する頭部装着型機器であって、
前記機器本体を装着者の頭部へ保持するために、装着者の前頭部を押圧する前頭部押圧部と、後頭部を押圧する後頭部押圧部と、両側頭部のそれぞれを押圧する側頭部押圧部と、側頭部と後頭部の間の後頭部側面部を押圧する後頭部側面押圧部とを有する押圧手段と、
前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を生じさせる押圧力発生機構とを備え、
前記頭部装着型機器の装着時において、前記押圧力発生機構による前記後頭部側面押圧部の押圧力は、前記押圧力発生機構による前記後頭部押圧部の押圧力よりも大きい。
上記の目的を達成するための本発明の他の態様による頭部装着型機器は、
機器本体を使用者の頭部に装着して使用する頭部装着型機器であって、
前記機器本体を頭部へ保持するために、装着者の前頭部を押圧する前頭部押圧部と、後頭部を押圧する後頭部押圧部と、側頭部と後頭部の間の後頭部側面部を押圧する後頭部側面押圧部とを有する押圧手段と、
前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を生じさせる押圧力発生機構とを備え、
前記頭部装着型機器の装着時において、前記押圧力発生機構による前記後頭部押圧部の押圧力は、前記押圧力発生機構による前記後頭部側面押圧部の押圧力よりも大きい。
本発明によれば、頭部への押圧力を大きくしても不快感を感じることなく、機器本体を確実に頭部へ保持させることが可能となる。
以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。尚、以下の実施形態では、機器本体を使用者の頭部に装着して使用する頭部装着型機器として、HMDを例に挙げて説明する。
[第1実施形態]
図1は第1実施形態に係わるHMDを示す斜視図である。本実施形態のHMDは映像を表示する表示部1と、表示部1を観察者の頭部へ保持するための装着部2からなる。表示部1は表示素子と表示素子の映像を拡大するための光学系(いずれも図示していない)で構成され、映像が観察者の瞳へ導かれる。装着部2は頭部の周囲を囲む形状を有し、剛性を有するフレーム部材としてのフレーム21を有する。また装着部2は、前頭部を押圧する前頭部押圧部22、側頭部を押圧する側頭部押圧部23、後頭部を押圧する後頭部押圧部24、両側頭部と後頭部の間の後頭部側面部を押圧する後頭部側面部押圧部25を有し、各押圧部はフレーム21に配置される。
前頭部押圧部22は、前頭部押圧パッド22aとそれを取り付けるための前頭部押圧パッド取付基台22bで構成されている。前頭部押圧パッド22aは観察者の左右のこめかみ部にかからない広さを有しており、表示部1と一体化されて固定されている。側頭部押圧部23は低反発性のポリウレタン材で形成され、フレーム21の内周の左右に固定されている。後頭部押圧部24と後頭部側面部押圧部25は、押圧方向へ直進可動となるようにフレーム21に係合されている。
図2はフレーム21と後頭部押圧部24との接続構造を示す断面図である。図2により、本実施形態のHMDによる押圧力発生機構を説明する。後頭部押圧部24は、後頭部押圧パッド24aと後頭部押圧パッド取付基台24bからなる。また、後頭部押圧パッド取付基台24bにはフレーム21と係合する係合部24cが設けられ、その内側にはねじ部24dを有している。さらに係合部24cはフレーム21に対して回転しないように、長方形の断面形状を有している。フレーム21内にはモータ31が取り付けられている。モータ31の回転軸には、後頭部押圧パッド取付基台24bのねじ部24dとねじ勘合するモータねじ32が一体化されている。フレーム21と後頭部側面部押圧部25との接続構造も同様である。
また、後頭部押圧部24と後頭部側面部押圧部25のパッド内部には圧力センサ26が設けられている。フレーム21の右側の下部には後頭部押圧部24及び後頭部側面部押圧部25と接続されたモータ31を動作させるためのスイッチ27が設けられている。スイッチ27はF(締まる方向)、OFF、R(緩める方向)の3つの状態をとることができ、操作しない場合はOFFとなるように構成されている。以上のように、後頭部押圧部24と後頭部側面押圧部25には、各押圧パッドを押圧方向に移動させる駆動部としてのモータ31と、押圧パッドに加わる押圧力を検出する検出部としての圧力センサ26が設けられている。そして、圧力センサ26によって検出される押圧力に基づいて駆動部としてのモータ31による後頭部押圧部24と後頭部側面押圧部25による頭部への押圧力が制御される。
観察者は映像が見える位置に表示部1を合わせながら、フレーム21にあるスイッチ27をF側へ入れる。スイッチ27の入力信号により、スイッチ27と電気的に結合されたモータ31が回転し、それと一体化されているモータねじ32が回転する。後頭部押圧部24及び後頭部側面部押圧部25のそれぞれのねじ部は、モータねじ32とねじ勘合しているため、それぞれの押圧パッドは観察者の頭部方向へ直進移動する。なお、後頭部押圧部24と後頭部側面部押圧部25が頭部へ加える押圧力は、圧力センサ26によって後頭部押圧部24の押圧力よりも後頭部側面部押圧部25の押圧力が常に大きくなるように制御される。また、後頭部押圧部24及び後頭部側面部押圧部25にはそれぞれ最大の押圧力が設定されており、その押圧力に達した場合はモータ31が止まるように制御される。
側頭部押圧部23は低反発性のポリウレタン材により、観察者の側頭部を軽く押圧する。また低反発性であるため、頭部の大きさが異なっても、その形状による押圧力の差異は小さくすることが可能である。
HMDをはずす場合は、スイッチ27をR側へ入れることにより、後頭部押圧部24及び後頭部側面部押圧部25のそれぞれのモータ31が逆回転して各押圧部が後方へ下がり、押圧が解除される。
上記の機構により、観察者はスイッチ27をF方向に入れるだけで、後頭部押圧部24の押圧力よりも後頭部側面部押圧部25の押圧力が大きくなるような押圧力で、確実にHMDを保持することができる。
以上のように、上記実施形態の押圧力発生機構によれば、装着者頭部への押圧位置が、「前頭部、後頭部、側頭部、後頭部側面部」である頭部装着機構において、後頭部への押圧力よりも後頭部側面部の押圧力が大となるように構成されている。このような押圧位置の組み合わせと押圧力の大小関係により、頭部への押圧に不快感を示すまでの押圧力の和が大きくなるという検証結果が、被検者を用いた検証により得られている。したがって、上記実施形態の頭部装着機構および押圧力発生機構によれば、装着者頭部への押圧力の和を大きくすることが出来る。
なお、側頭部押圧部を有していない場合には、上記とは逆に、後頭部押圧部24の押圧力が後頭部側面部押圧部25の押圧力よりも常に大きくなるように制御する。
すなわち、頭部装着機構の装着者頭部への押圧位置が、「前頭部、後頭部、後頭部側面部」の場合には、後頭部への押圧力が後頭部側面部の押圧力よりも大となるように押圧力発生機構を構成する。このような押圧位置の組み合わせと押圧力の大小関係により、頭部への押圧に不快感を示すまでの押圧力の和が大きくなるという検証結果が、被検者を用いた検証により得られている。したがって、上記頭部装着機構および押圧力発生機構によれば、装着者頭部への押圧力の和を大きくすることが出来る。
[第2実施形態]
図3は第2実施形態に係わるHMDを示す斜視図である。第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
装着部2のフレーム21はフロントフレーム21Fとリアフレーム21Rで構成されている。リアフレーム21Rはフロントフレーム21Fに対して前後に可動となるように係合されている。リアフレーム21Rの左右の位置には、リアフレーム21Rの前後位置を調節するための調節部28がそれぞれ設けられている。調節部28は例えばラチェット機構を有し、前方向へは移動可能であるが後方向への移動はロックされる。このように、第2実施形態の押圧力発生機構は、各押圧部が配置され、頭部の周囲を囲むフレーム部材の周囲長を変更することにより後頭部押圧部24と後頭部側面押圧部25の押圧パッドに頭部を押圧させる。また、さらに調節部28はロック解除機構も有している。観察者はロック解除機構を動作させることでロックを解除させ、リアフレーム21Rを後方向へ移動させることが可能となる。
図4の(a)は頭部の小さい観察者が第2実施形態のHMDを装着した場合における、HMDの断面図である。後頭部押圧部24と後頭部側面部押圧部25の内部には、後頭部押圧部24及び後頭部側面部押圧部25の各押圧パッドが観察者の頭部へ常に押圧力を加えるように、後頭部付勢ばね24e、後頭部側面部付勢ばね25eを有する。後頭部付勢ばね24e及び後頭部側面部付勢ばね25eは共に、後頭部押圧部24と後頭部側面部押圧部25の可動範囲において、変形による力の差が小さくなるようにばね定数が低いものが用いられる。図4の(b)は頭部の大きい観察者が装着した場合のHMDの断面図である。
観察者は映像が見える位置に表示部1を合わせながら、リアフレーム21Rの左右にある調節部28を前方向へ移動させ、後頭部押圧部24及び後頭部側面部押圧部25により頭部を押圧して保持力を得る。後頭部付勢ばね24e及び後頭部側面部付勢ばね25eのばね定数は低いため、観察者の頭部の大きさによる押圧力の差異を小さくすることができる。また、後頭部押圧部24と後頭部側面部25のそれぞれの可動範囲において、後頭部付勢ばね24eのばね力よりも後頭部側面部付勢ばね25eのばね力を強くする。このようにばね力を設定することで、いずれの観察者でも、常に後頭部への押圧力よりも後頭部側面部の押圧力を強くすることができる。
以上のように、第2実施形態によれば、後頭部押圧部24と後頭部側面押圧部25による頭部への押圧力を弾性部材により調整する。すなわち、後頭部押圧部24と後頭部側面押圧部25の各押圧パッドとフレーム21との間に、各押圧パッドを押圧方向へ付勢する独立したばね部材としての後頭部付勢ばね24e、後頭部側面部付勢ばね25eを有するが設けられている。そして、後頭部押圧部24と後頭部側面部25のそれぞれの可動範囲において、後頭部付勢ばね24eのばね力よりも後頭部側面部付勢ばね25eのばね力を強くする。これにより、頭部装着型機器の装着時において、後頭部押圧部の押圧力よりも後頭部側面押圧部の押圧力を大きくする押圧力発生機構が形成される。したがって、第2実施形態の頭部装着機構においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、第1実施形態と同様に、頭部装着機構の装着者頭部への押圧位置が、「前頭部、後頭部、後頭部側面部」の場合には、後頭部への押圧力が後頭部側面部の押圧力よりも大となるように押圧力発生機構を構成する。すなわち、後頭部付勢ばね24eのばね力を後頭部側面部付勢ばね25eのばね力よりも強くすることで、側頭部押圧部23を有していない場合にも適用できる。
[第3実施形態]
図5は第3実施形態に係わるHMDを示す平面図である。第1、第2実施形態と同様の構成については説明を省略する。第3実施形態においては、側頭部を押圧する側頭部押圧部を有していない構成となっている。第3実施形態においても、各押圧部が配置され、頭部の周囲を囲むフレーム21の周囲長を変更することにより後頭部押圧部24と後頭部側面押圧部25の押圧パッドにより頭部を押圧させる構造が用いられている。
後頭部押圧部24とリアフレーム21Rの間には、後頭部押圧部24の押圧パッドとフレーム21との間に当該押圧パッドを押圧方向へ付勢する第1のばね部材としての後頭部付勢ばね24eが設けられている。後頭部押圧パッド取付基台24bは、後頭部側面部押圧パッド取付基台25bと板ばね34とを介して、前後に可動となるよう結合されている。板ばね34は、後頭部押圧部24の押圧パッドのフレーム21方向への移動に応じて後頭部側面押圧部25の押圧パッドが押圧方向へ付勢されるように押圧パッドをリンクする第2のばね部材として機能する。また、2つの板ばね34(34L,34R)はそれぞれ回転軸33(33L,33R)を中心に回動する。さらに、後頭部付勢ばね24e及び板ばね34はばね定数の低いものが用いられている。したがって、ばねの変形量の違いによる力の変化は少ない。
図6は第3実施形態におけるHMDを装着した際の平面図である。第2実施形態と同様に、観察者は映像が見える位置に表示部1を合わせながら、リアフレーム21Rの左右にある調節部28を前方向へ移動させる。リアフレーム21Rが前方向へ移動すると、後頭部押圧部24が後頭部を押圧する。また、後頭部押圧部24が反力によりフレーム21R側へ押されると、左右の板ばね34が33を中心にそれぞれA、B方向へ回転する。それにより後頭部側面部押圧部25が観察者の後頭部側面部を押圧する。後頭部付勢ばね24e及び板ばね34のばね定数が低いので、観察者の頭部の大きさの違いによる押圧力の差は小さい。また、後頭部押圧部24と後頭部側面部押圧部25のそれぞれの可動範囲において、第1のばね部材としての後頭部付勢ばね24eのばね力が、第2のばね部材としての板ばね33のばね力よりも大きくなるようになっている。そのため、いずれの観察者でも常に後頭部を後頭部側面部よりも強く押圧することが可能となる。したがって、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、側頭部押圧部を有する場合には、上記とは逆に、第1のばね部材としての後頭部付勢ばね24eのばね力よりも第2のばね部材としての後頭部側面部付勢ばね25eのばね力を強くすればよい。
[第4実施形態]
図7は、第4実施形態に係わるHMDを示す斜視図である。第1〜第3実施形態と同様の構成については説明を省略する。第4実施形態においては、後頭部押圧部と後頭部側面部押圧部を一体化した後頭部押圧部29を有することに特徴がある。
後頭部押圧部29は後頭部を押圧する後頭部押圧パッド291、左右の後頭部側面部を押圧する後頭部側面部押圧パッド292R及び292L、それらのパッドを取り付けるための後頭部押圧パッド取付基台29bを具備する。後頭部押圧パッド取付基台29bは、非装着時において、頭部形状よりも小さい曲率の湾曲形状を有する板状の弾性部材からなる。また、後頭部押圧パッド取付基台29bはばね定数が低くなるような形状を有している。また、後頭部押圧部29は、接続部材29cを介してリアフレーム21Rと接続されており、後頭部押圧パッド取付基台29bとリアフレーム21Rの間には後頭部付勢ばね29e(図9を参照)が設けられている。すなわち、後頭部付勢ばね29eは、フレーム21と板状の弾性部材との間に設けられ、当該板状の弾性部材を頭部方向へ付勢する弾性部材として機能する。後頭部付勢ばね29eは後頭部押圧部29の可動範囲において、変形による力の差が小さくなるように、ばね定数が低い形状を有している。
図8は第4実施形態におけるHMDの平面図、図9は第4実施形態におけるHMDを装着した際のHMDの平面図である。第2実施形態と同様に、観察者は映像が見える位置に表示部1を合わせながら、リアフレーム21Rの左右にある調節部28を前方向へ移動させる。リアフレーム21Rを前方向に移動することで、後頭部押圧部29が前方向へ移動する。後頭部押圧パッド取付基台29bの曲率は小さいため、観察者の頭部が後頭部押圧パッド292R及び292Lを介して後頭部押圧パッド取付基台29bを図中矢印方向へ押し広げる。そのため、観察者の後頭部側面部は後頭部押圧パッド取付基台29bの反力により押圧される。また、後頭部は後頭部押圧パッド291により押圧される。こうして、第4実施形態の押圧力発生機構は、後頭部付勢ばね29eにより板状の弾性部材である後頭部押圧パッド取り付け基台29bに押圧力を付与し、後頭部押圧部24の押圧力を発生する。そして、後頭部押圧パッド取り付け基台29bの湾曲形状への復元力により後頭部側面押圧部25の押圧力を発生する。ここで、後頭部付勢ばね29e及び後頭部押圧パッド取付基台29bのばね定数は低いため、観察者の頭部の大きさの違いによる押圧力の差は小さい。また、後頭部押圧部29と後頭部側面部押圧パッド取付基台29bのそれぞれの可動範囲において、後頭部付勢ばね29eのばね力が後頭部側面部押圧パッド取付基台29bのばね力よりも大きくなるようになっている。そのため、いずれの観察者でも常に後頭部を後頭部側面部よりも強く押圧することが可能となる。したがって、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、頭部装着機構が側頭部押圧部を有する場合には、上記実施形態とは逆に、後頭部付勢ばね29eのばね力よりも後頭部側面部押圧パッド取付基台29bのばね力を強くすればよい。
以上説明したように、上記各実施形態によれば、押圧部の構成に応じて押圧位置と押圧力との関係が、それら押圧力の和の増加による装着者が不快感を感じにくいように調整される。そのため、上記各実施形態の頭部装着機構および押圧力発生機構によれば、装着者頭部への押圧力の和を大きくすることが出来、装着者が不快感を感じることなく、より確実にHMDを頭部に保持させることが可能となる。
実施形態1におけるHMDの斜視図である。 後頭部押圧手段の部分断面図である。 実施形態2におけるHMDの斜視図である。 実施形態2におけるHMDの断面図である。 実施形態3におけるHMDの平面図である。 実施形態3におけるHMDを装着した際の平面図である。 実施形態4におけるHMDの斜視図である。 実施形態4におけるHMDの平面図である。 実施形態4におけるHMDを装着した際の平面図である。

Claims (7)

  1. 機器本体を使用者の頭部に装着して使用する頭部装着型機器であって、
    前記機器本体を装着者の頭部へ保持するために、装着者の前頭部を押圧する前頭部押圧部と、後頭部を押圧する後頭部押圧部と、両側頭部のそれぞれを押圧する側頭部押圧部と、側頭部と後頭部の間の後頭部側面部を押圧する後頭部側面押圧部とを有する押圧手段と、
    前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を生じさせる押圧力発生機構とを備え、
    前記頭部装着型機器の装着時において、前記押圧力発生機構による前記後頭部側面押圧部の押圧力は、前記押圧力発生機構による前記後頭部押圧部の押圧力よりも大きいことを特徴とする頭部装着型機器。
  2. 機器本体を使用者の頭部に装着して使用する頭部装着型機器であって、
    前記機器本体を頭部へ保持するために、装着者の前頭部を押圧する前頭部押圧部と、後頭部を押圧する後頭部押圧部と、側頭部と後頭部の間の後頭部側面部を押圧する後頭部側面押圧部とを有する押圧手段と、
    前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を生じさせる押圧力発生機構とを備え、
    前記頭部装着型機器の装着時において、前記押圧力発生機構による前記後頭部押圧部の押圧力は、前記押圧力発生機構による前記後頭部側面押圧部の押圧力よりも大きいことを特徴とする頭部装着型機器。
  3. 前記押圧力発生機構は、
    前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部の押圧パッドを押圧方向に移動させる駆動部と、
    前記押圧パッドに加わる押圧力を検出する検出部とを有し、
    前記検出部によって検出される押圧力に基づいて前記駆動部による前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の頭部装着型機器。
  4. 前記押圧手段の各押圧部が配置され、頭部の周囲を囲むフレーム部材を有し、
    前記押圧力発生機構は、
    前記フレーム部材の周囲長を変更することにより前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部の押圧パッドに頭部を押圧させ、
    前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を調整する弾性部材を有することを特徴とする請求項1または2に記載の頭部装着型機器。
  5. 前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部の各押圧パッドと前記フレーム部材との間に、各押圧パッドを押圧方向へ付勢する独立したばね部材が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の頭部装着型機器。
  6. 前記後頭部押圧部の押圧パッドと前記フレーム部材との間に当該押圧パッドを押圧方向へ付勢する第1のばね部材が設けられ、
    前記後頭部押圧部の押圧パッドのフレーム部材の方向への移動に応じて前記後頭部側面押圧部の押圧パッドが押圧方向へ付勢されるように、前記後頭部側面押圧部の押圧パッドを前記後頭部側面押圧部の押圧パッドとリンクする第2のばね部材を有することを特徴とする請求項4に記載の頭部装着型機器。
  7. 押圧方向への湾曲形状を有し、前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部が配置された板状の弾性部材と、
    前記フレーム部材と前記板状の弾性部材との間に、前記板状の弾性部材を頭部方向へ付勢するばね部材とを備え、
    前記ばね部材により前記後頭部押圧部の押圧力を発生し、前記板状の弾性部材の前記湾曲形状への復元力により前記後頭部側面押圧部の押圧力を発生することを特徴とする請求項4に記載の頭部装着型機器。
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